EP2746661B1 - Verbrennungsanlage - Google Patents

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EP2746661B1
EP2746661B1 EP13005633.6A EP13005633A EP2746661B1 EP 2746661 B1 EP2746661 B1 EP 2746661B1 EP 13005633 A EP13005633 A EP 13005633A EP 2746661 B1 EP2746661 B1 EP 2746661B1
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EP
European Patent Office
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combustion
auxiliary
burner
fluidized bed
fuels
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EP2746661A2 (de
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Sebastian Kaiser
Axel Wojik
Heinz Encic
Martin Glössl
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Andritz AG
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Andritz AG
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Publication date
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    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
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    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
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    • F23G5/16—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
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    • F23G2202/10—Combustion in two or more stages
    • F23G2202/101—Combustion in two or more stages with controlled oxidant supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/50007—Co-combustion of two or more kinds of waste, separately fed into the furnace

Definitions

  • the invention relates to a combustion system for burning a main fuel and additional fuels with a first train, with at least one main burner for burning a main fuel and with a fluidized bed.
  • the invention further relates to a method for burning a main fuel and additional fuels, in a combustion system for burning additional fuels with a first train, with at least one main burner for burning a main fuel and with a fluidized bed.
  • an incinerator of the type mentioned at the outset which is characterized in that an additional burner for burning additional fuels, the ashes of which have a melting point of less than 800 ° C., is arranged in a region which is at least partially separated from the fluidized bed by a guide device .
  • a method of the type mentioned at the outset which is characterized in that ashes produced during the combustion of the additional fuels with an additional burner are guided with a guide device into an area separated from the main burner and the additional fuel is burned in an area of the incineration plant, in which gases produced during the combustion of the main fuel are cooled to a temperature below 800 ° C., in particular below 700 ° C., the ashes having a melting point below 800 ° C.
  • All fuels, the combustion of which has proven to be unproblematic with regard to the ash melting points, for example lignin, are conceivable as the main fuel.
  • Additional fuels can be, for example, alkalis from pulp or paper production.
  • the one when burning this Additional fuels produced ashes can have a melting point below 800 ° C depending on the composition.
  • the temperatures in the combustion chamber in the combustion area are usually above 800 ° C. If the additional fuels are burned in a separate area, as provided in accordance with the invention, the ash can no longer - or can only be greatly reduced - get into the fluidized bed.
  • Another advantage of such an arrangement is that by burning the additional fuels in an at least partially separated area, in which gases have already cooled below the critical temperature, i.e. the ash melting point of the additional fuels, it is avoided that the ashes of the additional fuels melt and lead to the negative effects listed above.
  • Lyes from paper and pulp production and lignin as additives and main fuels are only given as examples.
  • the invention can equally be used in other combustions in which the additional fuels have a significantly lower ash melting point than the main fuels.
  • the additional burner is arranged in the first train and the guide device is an orifice.
  • a separate space is thus constructively created, the orifice preferably being arranged below the burner, so that possibly falling, possibly melted, ashes of the additional fuel are collected by the orifice.
  • the separated area can have its own access through which collected ashes of the additional fuels can be removed.
  • the additional burner is arranged in a second train and the guide device is a partition between the first and second train.
  • the gases are led from the fluidized bed through a first train and the combustion of the additional fuels takes place exclusively in a second train.
  • the resulting flow which leads away from the fluidized bed and towards the location of the combustion of the additional fuels, additionally helps to prevent spatial separation, that ashes generated during the combustion of the additional fuels reach the fluidized bed and lead there to the described negative effects.
  • gases from the combustion of the main fuel and / or the additional fuel are returned to the fluidized bed. As a result, the temperature that arises during the combustion drops and a small time and / or spatial distance is necessary in order to cool down to the desired uncritical temperature.
  • the Fig. 1 shows an incinerator 1 with a first train 2, a second train 3 and a third train 4.
  • a fluidized bed 5 at the lower end of the first train 2.
  • a first burner 6 for burning the main fuel is arranged directly above the fluidized bed 5.
  • An arrow 7 shows a gas flow leading away from the fluidized bed 5 and from the first burner 6.
  • the gas cools on the way to the second train 3, in which an additional burner 8 is located.
  • the temperature has already dropped, so that melting of the ashes 10 of those additives which are burned with the additional burner 8 and have a lower ash melting point is reduced or avoided. However, even if ash melts, it does not fall onto the fluidized bed 5.
  • Ash and exhaust gases are transported with the gas flow 7 via the third train 4 to a hood 9, where they are treated further.
  • the partition 12 between the first train 2 and the second train 3 acts as a guide device.
  • Ash particles 10 that are too heavy to be carried away by the flow collect in the transition area between the second train 3 and the third train 4
  • an access (not shown) for removing the ash 10 can be provided at this point.
  • the Fig. 2 shows a second embodiment of an incinerator according to the invention.
  • the second burner 8 is still arranged in the first train 2.
  • the undesired contact between the fluidized bed 5 and ash particles 10, which are too heavy to be carried away by the flow, are prevented in this case by an aperture 11. Access to the removal of the ash particles 10 can also be provided here.
  • an embodiment of the invention can be described as follows: In an incineration plant 1 for burning additional fuels with a first train 2, with at least one main burner 6 for burning a main fuel and with a fluidized bed 5, ashes are formed when the additional fuels are burned with an additional burner 8 with a guide device 11, 12 into one of the main burner 6 separate area.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage zum Verbrennen von einem Hauptbrennstoff und Zusatzbrennstoffen mit einem ersten Zug, mit wenigstens einem Hauptbrenner zum Verbrennen eines Hauptbrennstoffs und mit einem Wirbelbett.
  • Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Verbrennen von einem Hauptbrennstoff und Zusatzbrennstoffen, in einer Verbrennungsanlage zum Verbrennen von Zusatzbrennstoffen mit einem ersten Zug, mit wenigstens einem Hauptbrenner zum Verbrennen eines Hauptbrennstoffs und mit einem Wirbelbett.
  • Bei industriellen Standorten, in denen brennbare Abfallstoffe anfallen, hat es sich bewährt, Verbrennungskraftwerke zu errichten. So können Masse und Volumen der anfallenden Abfallstoffe zum Einen stark minimiert werden und zum Anderen kann der Standort seinen Energiebedarf zum Teil oder vollständig selbst decken. Dazu werden häufig Wirbelbettfeuerungen verwendet. Diese haben allerdings den Nachteil, dass aufgrund der hohen, innerhalb der Verbrennungsanlage herrschenden Temperaturen nicht alle anfallenden Stoffe verbrannt werden können. Viele Abfallstoffe, beispielsweise Konzentrate aus der Spanplatten-Produktion, Laugen aus der Papier- und Zellstoffherstellung, Abfälle aus der Bioethanolproduktion oder landwirtschaftliche Rückstände, bilden Aschen, die einen Schmelzpunkt haben, der unter der üblichen Verbrennungstemperatur einer solchen Anlage liegt. Werden diese Stoffe in herkömmlichen Anlagen verbrannt, können die beschriebenen Aschen bzw. deren Schmelzen mit dem Wirbelbett in Kontakt kommen. In der Folge kommt es zu Versinterungen des Bettmaterials, was schließlich die Fluidisierung im Wirbelbett stark beeinträchtigt, und auch zu übermäßigen Ablagerungen an den Wänden führt. Das Bettmaterial bedarf also kostspieliger Zusätze und muss häufig ausgetauscht werden und die Anlage bedarf häufiger Reinigungsarbeiten, was, insbesondere auch durch den Stillstand der Feuerung, weitere hohe Kosten verursacht. Es sind hier z.B. aus der EP 0 862 019 A1 , EP 0 748 983 A1 ,
    DE 199 10 530 A1 und US 3,208,411 Anlagen mit Rostfeuerung bekannt, bei denen eine Nachverbrennung der Gase stattfindet. Die US 3, 843, 339 , BE1018137A3 , US 2007/0234937A1 und EP343535A2 zeigen Anlagen mit Wirbelschichtkesseln. Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zum Verbrennen solcher Zusatzbrennstoffe zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile vermeidet oder vermindert.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Verbrennungsanlage der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem vom Wirbelbett durch eine Leiteinrichtung wenigstens zum Teil separierten Bereich ein Zusatzbrenner zum Verbrennen von Zusatzbrennstoffen, deren Aschen einen Schmelzpunkt von unter 800°C haben, angeordnet ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe weiters durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass beim Verbrennen der Zusatzbrennstoffe mit einem Zusatzbrenner entstehende Aschen mit einer Leiteinrichtung in einen vom Hauptbrenner separierten Bereich geleitet werden und der Zusatzbrennstoff in einem Bereich der Verbrennungsanlage verbrannt wird, in dem beim Verbrennen des Hauptbrennstoffs entstandene Gase auf eine Temperatur unter 800°C, insbesondere unter 700°C, abgekühlt sind, wobei die Aschen einen Schmelzpunkt unter 800 °C haben.
  • Alle Brennstoffe, deren Verbrennung sich hinsichtlich der Ascheschmelzpunkte als unproblematisch erwiesen hat, beispielsweise Lignin, sind als Hauptbrennstoff denkbar. Zusatzbrennstoffe können beispielsweise Laugen aus der Zellstoff- oder Papierherstellung sein. Die beim Verbrennen dieser Zusatzbrennstoffe entstehenden Aschen können abhängig von der Zusammensetzung einen Schmelzpunkt von unter 800°C haben. Die Temperaturen in der Brennkammer im Bereich der Verbrennung liegen aber meistens über 800°C. Werden die Zusatzbrennstoffe, wie erfindungsgemäß vorgesehen, in einem separierten Bereich verbrannt, kann die Asche nicht mehr - oder nur stark vermindert - ins Wirbelbettgelangen.
  • Ein weiterer Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, dass durch ein Verbrennen der Zusatzbrennstoffe in einem wenigstens teilweise separierten Bereich, in dem Gase bereits wieder unter die kritische Temperatur, also den Ascheschmelzpunkt der Zusatzbrennstoffe, abgekühlt sind, vermieden wird, dass die Aschen der Zusatzbrennstoffe schmelzen und zu den oben angeführten negativen Effekten führen.
  • Laugen aus der Papier- und Zellstoffherstellung und Lignin als Zusatz- und Hauptbrennstoffe sind hierbei lediglich beispielhaft angeführt. Bei anderen Verbrennungen, bei denen die Zusatzbrennstoffe einen signifikant niedrigeren Ascheschmelzpunkt haben als die Hauptbrennstoffe, kann die Erfindung gleichermaßen zum Einsatz kommen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zusatzbrenner im ersten Zug angeordnet und die Leiteinrichtung eine Blende. Es wird also konstruktiv ein separierter Raum geschaffen, wobei die Blende vorzugsweise unterhalb des Brenners angeordnet ist, so dass möglicherweise herunterfallende, gegebenenfalls geschmolzene Aschen des Zusatzbrennstoffes durch die Blende aufgefangen werden. Der separierte Bereich kann dabei einen eigenen Zugang aufweisen, durch welchen aufgefangene Aschen der Zusatzbrennstoffe abgetragen werden können.
  • Gemäß einer alternativen ganz, besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Zusatzbrenner in einem zweiten Zug angeordnet und die Leiteinrichtung eine Trennwand zwischen erstem und zweitem Zug. So sind gegenüber der üblichen Bauweise solcher Verbrennungsanlagen nur wenige Änderungen nötig, um die Möglichkeit zu schaffen Zusatzbrennstoffe in der selben Anlagen wie die Hauptbrennstoffe zu verbrennen, ohne dabei die beschrieben negativen Effekte auf die Effizienz oder die beschriebene Erhöhung der Betriebskosten durch erhöhten Servicebedarf der Anlage zu haben.
  • Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens werden die Gase vom Wirbelbett durch einen ersten Zug geführt und das Verbrennen der Zusatzbrennstoffe erfolgt ausschließlich in einem zweiten Zug. Die entstehende Strömung, die vom Wirbelbett weg und hin zum Ort der Verbrennung der Zusatzbrennstoffe führt, hilft zusätzlich zur räumlichen Trennung zu verhindern, dass beim Verbrennen der Zusatzbrennstoffe entstehende Aschen zum Wirbelbett gelangen und dort zu den beschriebenen negativen Effekten führen.
    Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Durchführungsform des Verfahrens werden Gase aus der Verbrennung des Hauptbrennstoffs und/oder des Zusatzbrennstoffs ins Wirbelbett zurück geführt. Dadurch sinkt die bei der Verbrennung entstehende Temperatur und es ist ein geringer zeitlicher und/oder räumlicher Abstand notwendig, um das Abkühlen auf die gewünschte unkritische Temperatur zu erreichen.
  • Weitere bevorzugte und vorteilhafte Aus- und Durchführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. In diesen zeigen in stark schematisierter Darstellung:
    • Fig. 1
    eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage und
    Fig. 2
    eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage.
  • Die dargestellten Anlagen sind abgesehen von den erfindungsgemäßen Änderungen wie im Stand der Technik üblich ausgeführt. Es wird daher nur allgemein erwähnt, dass die Anlage ab- und zuführende Leitungen, Wärmetauscher sowie Asche und Abgas behandelnde Einrichtungen aufweist.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Verbrennungsanlage 1 mit einem ersten Zug 2, einem zweiten Zug 3 und einem dritten Zug 4. Dabei befindet sich am unteren Ende des ersten Zugs 2 ein Wirbelbett 5. Direkt über dem Wirbelbett 5 ist ein erster Brenner 6 zum Verbrennen des Hauptbrennstoffs angeordnet. Eine vom Wirbelbett 5 und vom ersten Brenner 6 weg führende Gasströmung ist mit einem Pfeil 7 dargestellt. Das Gas kühlt auf dem Weg in den zweiten Zug 3 ab, in welchem sich ein Zusatzbrenner 8 befindet. Im zweiten Zug 3 ist die Temperatur bereits abgesunken, sodass ein Schmelzen der Asche 10 jener Zusatzstoffe, die mit dem Zusatzbrenner 8 verbrannt werden und einen geringeren Ascheschmelzpunkt haben, verringert oder vermieden wird. Selbst wenn jedoch Asche schmilzt, fällt sie- nicht auf das Wirbelbett 5. Asche und Abgase werden mit der Gasströmung 7 über den dritten Zug 4 zu einem Abzug 9 transportiert, wo sie weiter behandelt werden. Als Leiteinrichtung fungiert in diesem Fall die Trennwand 12 zwischen dem ersten Zug 2 und dem zweiten Zug 3. Aschepartikel 10, welche zu schwer sind, um von der Strömung abtransportiert zu werden, sammeln sich im Übergangsbereich zwischen dem zweiten Zug 3 und dem dritten Zug 4. Vorteilhafterweise kann an dieser Stelle ein Zugang (nicht dargestellt) zum Abtragen der Asche 10 vorgesehen sein.
  • Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage. Bei dieser ist der zweite Brenner 8 noch im ersten Zug 2 angeordnet. Der unerwünschte Kontakt zwischen dem Wirbelbett 5 und Aschepartikeln 10, welche zu schwer sind, um von der Strömung abtransportiert zu werden, werden in diesem Fall durch eine Blende 11 abgehalten. Auch hier kann ein Zugang zum Abtragen der Aschepartikel 10 vorgesehen sein.
  • Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden:
    Bei einer Verbrennungsanlage 1 zum Verbrennen von Zusatzbrennstoffen mit einem ersten Zug 2, mit wenigstens einem Hauptbrenner 6 zum Verbrennen eines Hauptbrennstoffs und mit einem Wirbelbett 5, werden beim Verbrennen der Zusatzbrennstoffe mit einem Zusatzbrenner 8 entstehende Aschen mit einer Leiteinrichtung 11, 12 in einen vom Hauptbrenner 6 separierten Bereich geleitet.

Claims (8)

  1. Verbrennungsanlage (1) zum Verbrennen von einem Hauptbrennstoff und Zusatzbrennstoffen mit einem ersten Zug (2), mit wenigstens einem Hauptbrenner (6) zum Verbrennen des Hauptbrennstoffs und mit einem Wirbelbett (5), dadurch gekennzeichnet, dass in einem vom Wirbelbett (5) durch eine Leiteinrichtung (11, 12) wenigstens zum Teil separierten Bereich ein Zusatzbrenner (8 ) zum Verbrennen von Zusatzbrennstoffen, deren Aschen einen Schmelzpunkt von unter 800 °C haben, angeordnet ist.
  2. Verbrennungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbrenner (8) im ersten Zug (2) angeordnet ist und die Leiteinrichtung (11, 12) eine Blende (11) ist.
  3. Verbrennungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbrenner (8) in einem zweiten Zug (3) angeordnet ist, und die Leiteinrichtung (11, 12) eine Trennwand (12) zwischen erstem und zweitem Zug (2, 3) ist.
  4. Verfahren zum Verbrennen von einem Hauptbrennstoff und Zusatzbrennstoffen, in einer Verbrennungsanlage (1) zum Verbrennen von Zusatzbrennstoffen mit einem ersten Zug (2), mit wenigstens einem Hauptbrenner (6) zum Verbrennen des Hauptbrennstoffs und mit einem Wirbelbett (5), dadurch gekennzeichnet, dass beim Verbrennen der Zusatzbrennstoffe mit einem Zusatzbrenner (8) entstehende Aschen mit einer Leiteinrichtung (11, 12) in einen vom Hauptbrenner (6) separierten Bereich geleitet werden und der Zusatzbrennstoff in einem Bereich der Verbrennungsanlage (1) verbrannt wird, in dem beim Verbrennen des Hauptbrennstoffs entstandene Gase auf eine Temperatur unter 800°C, insbesondere unter 700°C, abgekühlt sind, wobei die Aschen einen Schmelzpunkt von unter 800 °C haben.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase vom Wirbelbett (5) in einen ersten Zug (2) geleitet werden und dass das Verbrennen der Zusatzbrennstoffe in einem zweiten Zug (3) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Gase aus der Verbrennung des Hauptbrennstoffs und/oder des Zusatzbrennstoffs ins Wirbelbett (5) zurückgeführt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennen unterstöchiometrisch erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbrennstoff in staubförmiger oder flüssiger Form der Verbrennung zugeführt wird.
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